CN113376205A - 煤样结焦速率测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤样结焦速率测量装置，所述测量装置包括煤杯、加热器、煤杯盖、第一热电偶、第二热电偶和探针，煤杯包括进料口、第一腔和围成第一腔的周壁，加热器邻近周壁布置，且加热器和煤杯的底部之间能够相对移动，煤杯盖和煤杯相连以密封进料口，煤杯盖上设有第一孔、第二孔和第三孔，第一热电偶穿设在第一孔内，且第一热电偶的测头端邻近煤杯的底端，第二热电偶穿设在第二孔内，且第二热电偶的测头端邻近进料口，探针穿设在第三孔内，且探针沿第一腔的轴向能够在第一腔内自由移动。本发明的测量装置可以准确的测量结焦速度，而不是通过经验公式估算，所得结果可重复验证，可验证性和相关性较强。

Description

煤样结焦速率测量装置和方法

技术领域

本发明涉及炼焦的技术领域，更具体地，涉及一种煤样结焦速率测量装置和煤样结焦速率测量方法。

背景技术

结焦速度是指炭化室的平均宽度或者平均宽度的一半与结焦时间的比值，是炭化室内结焦过程的进展速度。目前生产过程中都是利用结焦时间来推算相应的结焦速度。装炉煤在炭化室内的结焦是层状进行的，结焦速度受炭化室的宽度和燃烧室向炭化室的传热速度和不同配合煤的工艺限制。

结焦时间变化不仅对焦炭质量产生影响，同时也影响焦炭质量以及焦炉加热制度的调节，在实际生产中，受到产量需求变化或设备计划与非计划检修等因素影响，焦炉结焦时间不同程度的会受到延长或缩短的变化，这就要求焦炉调火人员适当调整焦炉加热制度来调整结焦时间。单纯依靠人工经验调整热制度，练出的焦炭会有焦饼不成熟均匀伴有生焦或者焦炭过烧，一来影响焦炭的质量，二来容易出现推焦难等生产事故。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明一方面的实施例提出一种煤样结焦速率测量装置，该测量装置可以准确的测量结焦速度，而不是通过经验公式估算，所得结果可重复验证，可验证性和相关性较强。

本发明另一方面的实施例提出一种煤样结焦速率测量方法。

根据本发明第一方面实施例的煤样结焦速率测量装置包括：煤杯，所述煤杯包括进料口、第一腔和围成所述第一腔的周壁；加热器，所述加热器邻近所述周壁布置，且所述加热器和所述煤杯的底部之间能够相对移动；煤杯盖，所述煤杯盖和所述周壁相连以密封所述进料口，所述煤杯盖上设有第一孔、第二孔和第三孔；第一热电偶，所述第一热电偶穿设在所述第一孔内，且所述第一热电偶的测头端邻近所述煤杯的底端；第二热电偶，所述第二热电偶穿设在所述第二孔内，且所述第二热电偶的测头端邻近所述进料口；探针，所述探针穿设在所述第三孔内，且所述探针沿所述第一腔的轴向能够在所述第一腔内自由移动。

根据本发明实施例的煤样结焦速率测量装置通过在煤杯的外部设置加热器，且加热器与煤杯之间可相对移动，当加热器靠近煤杯时，加热器与煤杯的底端相接触，由此，加热器对煤样进行侧向单向加热，可以更好的模拟工业炼焦条件，可以准确的测量结焦速度，而不是通过经验公式估算，所得结果可重复验证，可验证性和相关性较强。

在一些实施例中，所述的煤样结焦速率测量装置还包括耐火层，所述耐火层具有第二腔，所述加热器设在所述第二腔内，所述煤杯能够沿所述第二腔的轴向在所述第二腔内自由移动。

在一些实施例中，所述的煤样结焦速率测量装置还包括第三热电偶，所述第三热电偶和所述加热器相连。

在一些实施例中，所述的煤样结焦速率测量装置还包括压力组件，所述压力组件包括压力杆、垫片和压力器，所述煤杯盖上还设有第四孔，所述压力杆可移动的穿设在所述第四孔内，所述压力杆的一端和所述压力器相连，所述压力杆的另一端和所述垫片相连，所述垫片位于所述第一腔内且邻近所述进料口。

根据本发明第二方面实施例的煤样结焦速率测量方法包括：将煤样加入到煤杯内，并在所述煤杯内对所述煤样施加预设压力；启动加热器，并将所述加热器加热到预设温度后，将所述煤杯移动到所述加热器处，且所述煤杯的底端接近所述加热器；启动探针并将所述探针周期性的插入所述煤样中，记录所述探针在所述煤样中不同位置处的压力，得到所述煤样中胶质层的位置，通过所述煤样中胶质层的位置得到所述胶质层的中心位置；记录所述胶质层的中心位置随时间的变化曲线，所述变化曲线的位移速率与标准煤的位移速率之比即为所述煤样的结焦速率与所述标准煤的结焦速率之比。

根据本发明实施例的煤样结焦速率测量方法通过先启动加热器再将煤杯移动到加热器处，加热器对煤样进行侧向单向加热，可以更好的模拟工业炼焦条件，可以准确的测量结焦速度，而不是通过经验公式估算，所得结果可重复验证，可验证性和相关性较强。

在一些实施例中，在步骤启动探针并将所述探针周期性的插入所述煤样中之前，还包括启动第一热电偶，当所述第一热电偶所测得的温度达到预设温度时，启动所述探针。

在一些实施例中，在步骤启动探针并将所述探针周期性的插入所述煤样中之后，还包括启动第二热电偶，当所述第二热电偶所测得的温度达到预设温度时，关闭所述探针。

在一些实施例中，在步骤启动探针并将所述探针周期性的插入所述煤样中，每过N分钟将所述探针插入所述煤样中，通过所述探针在所述煤样中不同位置处的压力，得到所述煤样中胶质层的位置，随后将所述探针从所述煤样中抽出，N为0-10。

在一些实施例中，所述的煤样结焦速率测量方法还包括启动所述第二热电偶并记录所述第二热电偶所测得的温度，得到所述第二热电偶处的升温速率，所述煤样的所述第二热电偶处的升温速率与所述标准样的所述第二热电偶处的升温速率之间的差值小于等于M，M为5℃/min。

附图说明

图1是根据本发明实施例的煤样结焦速率测量装置的正视图。

图2是根据本发明实施例的煤样结焦速率测量装置的侧视图。

附图标记：

测量装置100，煤杯1，进料口11，第一腔12，周壁13，煤杯环14，螺栓15，加热器2，煤杯盖3，第一孔31，第二孔32，第三孔33，第四孔34，第一传动器35，第一滑轨36，第一支架37，第一热电偶41，第二热电偶42，第三热电偶43，探针5，压力传感器51，探针控制器52，位移传感器53，第二传动器54，第二滑轨55，耐火层6，第二腔61，压力组件7，压力杆71，垫片72，压力器73，数据处理器101。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图2所示，根据本发明实施例的煤样结焦速率测量装置100包括煤杯1、加热器2、煤杯盖3、第一热电偶41、第二热电偶42和探针5。

煤杯1包括进料口11、第一腔12和围成第一腔12的周壁13，加热器2邻近周壁13布置，且加热器2和煤杯1的底部之间能够相对移动。

煤杯盖3和煤杯1相连以密封进料口11，煤杯盖3上设有第一孔31、第二孔32和第三孔33。

第一热电偶41穿设在第一孔31内，且第一热电偶41的测头端邻近煤杯1的底端。第二热电偶42穿设在第二孔32内，且第二热电偶42的测头端邻近进料口11。探针5穿设在第三孔33内，且探针5沿第一腔12的轴向(例如图1中所示的左右方向)能够在第一腔12内自由移动。

具体地，如图1-图2所示，煤杯1大体为圆柱形结构，第一腔12为圆柱形空腔，煤杯1沿左右方向水平延伸，即煤杯1的轴向沿左右方向延伸。煤杯1上还设有煤杯环14，煤杯环14位于煤杯1的左端。

煤杯盖3大体为圆板形，且煤杯盖3的直径与煤杯环14的外径一致，由此，煤杯盖3可通过螺栓15与煤杯环14紧密相连。

第一热电偶41穿设在第一孔31内，第一热电偶41的右端邻近煤杯1的右端，煤杯1的右端抵靠在加热器2上，由此，第一热电偶41可用于测量煤杯1内邻近加热器2处的温度。

第二热电偶42穿设在第二孔32内，第一热电偶41的右端位于煤杯1的进料口11处，第二热电偶42可用于测量煤杯1内远离加热器2处的温度。

探针5穿设在第三孔33内，且探针5沿左右方向可在第一腔12内自由移动，操作人员可手持探针5并沿左右方向移动探针5，操作人员可根据探针5上压力的变化情况，得出煤样中胶质层位置。可以理解的是，由于探针5穿过胶质层的压力和非胶质层的压力不同，当探针5进入胶质层后和离开胶质层后压力有一个突变，操作人员通过判断探针5压力的变化则可判断胶质层位置，探针5设有上有相应的刻度，以便于操作人员记录数据，操作人员可得到胶质层的最左侧位置和最右侧位置，进而得到胶质层的中心位置。

在一些实施例中，如图1-图2所示，煤样结焦速率测量装置100还包括耐火层6，耐火层6具有第二腔61，加热器2设在第二腔61内，煤杯1能够沿第二腔61的轴向(例如图1中所示的左右方向)在第二腔61内自由移动。

具体地，耐火层6可由耐火砖堆砌形成，可以理解的是，操作人员可根据煤杯1和加热器2的外形、尺寸设计耐火层6，第二腔61的依据煤杯1和加热器2进行具体设计。

在本发明的煤样结焦速率测量装置100，可先将加热器2固定在第二腔61内，再将煤杯1移动至第二腔61内，由此，实现了煤杯1和加热器2之间可相对移动，有利于加热器2对煤样进行侧向单向加热，可以更好的模拟工业炼焦条件，可以准确的测量结焦速度，而不是通过经验公式估算，所得结果可重复验证，可验证性和相关性较强。

进一步地，耐火层6还具有保温和节省能源的功能。

在一些实施例中，如图1所示，煤样结焦速率测量装置100还包括第三热电偶43，第三热电偶43和加热器2相连。由此，有利于操作人员实时监控加热器2的工作温度，并对比加热器2处的第三热电偶43所测得的温度与加热器2的设定温度是否一致，有利于提高实验的准确率。

在一些实施例中，如图1所示，煤样结焦速率测量装置100还包括压力组件7，压力组件7包括压力杆71、垫片72和压力器73，煤杯盖3上还设有第四孔34。压力杆71可移动的穿设在第四孔34内，压力杆71的一端(例如图1中压力杆71的左端)和压力器73相连，压力杆71的另一端(例如图1中压力杆71的右端)和垫片72相连，垫片72位于第一腔12内且邻近进料口11。

具体地，如图1所示，垫片72设在第一腔12内，压力器73可通过压力杆71向垫片72施加恒定的压力，由此，垫片72可对第一腔内的煤样施加恒定的压力，通过给垫片72施加压力从而为煤杯1中煤样提供一定的压力，有利于防止煤样松散，以及可以更好的模拟工业炼焦条件。

在一些实施例中，垫片72上至少设有三个通孔(未示出)，三个通孔分别与第一孔31、第二孔32和第三孔33对应设置。由此，使得第一热电偶41、第二热电偶42和探针5能够穿过垫片72。

优选地，如图2所示，压力杆71和第四孔34均为4个，由此，有利于提高垫片72受力的稳定性，使得垫片72在移动过程中更稳定，有利于提高实验的准确率。

在一些实施例中，如图1所示，煤样结焦速率测量装置100还包括压力传感器51、探针控制器52和位移传感器53，探针5和压力传感器51相连，压力传感器51设在探针控制器52上，探针控制器52设在位移传感器53上。

具体地，压力传感器51可实时记录探针5在移动过程中所受到的压力，位移传感器53可实时记录探针5在移动过程中所处的位置，可以理解的是，探针5在移动过程中，以探针5的右端与垫片72的右端面对齐时为位移零点。

探针控制器52可用于控制探针5的前进和后退，相比于操作人员手持探针5进行实验，本发明通过采用探针5、压力传感器51、探针控制器52和位移传感器53组合的方式，能够进一步提高实验的准确率。

可以理解的是，热量从加热器2向煤杯盖3的方向逐渐传递，煤样温度自加热器2到煤杯盖3处温度不断降低，形成了一系列的等温层。

其中，温度在软化点温度以下的层面的煤样没有明显的变化，而温度高于软化点温度以上的煤样开始热解软化，形成具有塑性的胶质体，温度高于固化点的煤样固化形成半焦层。

煤样在温度的升高的过程中出现胶质体，探针5进入胶质层和离开胶质层的压力和手感有着明显的区别。

在一些实施例中，如图1所示，煤样结焦速率测量装置100还包括第一传动器35、第一滑轨36和第一支架37，第一支架37和煤杯盖3相连，第一支架37设在第一传动器35上，第一传动器35可移动的设在第一滑轨36上。

具体地，如图1所示，压力器73也安装在第一支架37上，第一支架37和煤杯盖3相连，煤杯盖3和煤杯1相连，由此，第一支架37可带动煤杯1沿左右方向进行移动。

第一支架37的下端设有第一传动器35和第一滑轨36，操作人员可通过控制第一传动器35和第一滑轨36进而移动第一支架37，使得煤杯1在移动过程中更平稳。

在一些实施例中，如图1所示，煤样结焦速率测量装置100还包括第二传动器54和第二滑轨55，位移传感器53设在第二传动器54上，第二传动器54可移动的设在第二滑轨55上。操作人员可通过控制第二传动器54和第二滑轨55进而移动探针5，使得探针5在移动过程中更平稳。

在一些实施例中，如图1所示，煤样结焦速率测量装置100还包括数据处理器101，数据处理器101分别与加热器2、第一热电偶41、第二热电偶42和探针5相连。

可以理解的是，数据处理器101为本发明的控制中心，且数据处理器101与上述的加热器2、第一传动器35、第一热电偶41、第二热电偶42、第三热电偶43、探针5、压力传感器51、探针控制器52、位移传感器53、第二传动器54、压力杆71和压力器73均相连。

数据处理器101可用于启动和关闭加热器2，数据处理器101可用于控制第一传动器35和第二传动器54的移动，数据处理器101可用于记录第一热电偶41、第二热电偶42和第三热电偶43处的温度，数据处理器101可用于控制探针控制器52，进而控制探针5的移动，数据处理器101可用于记录探针5的压力随位移变化的数据，数据处理器101可用于记录压力杆71所移动的距离。

根据本发明实施例的煤样结焦速率测量方法包括：将煤样加入到煤杯1内，并在煤杯1内对煤样施加预设压力。启动加热器2，并将加热器2加热到预设温度后，将煤杯1移动到加热器2处，且煤杯1的底端接近加热器2。

启动探针5并将探针5周期性的插入煤样中，记录探针5在煤样中不同位置处的压力，得到煤样中胶质层的位置，通过煤样中胶质层的位置得到胶质层的中心位置。

记录胶质层的中心位置随时间的变化曲线，变化曲线的位移速率与标准煤的位移速率之比即为煤样的结焦速率与标准煤的结焦速率之比。

在一些实施例中，在步骤启动探针5并将探针5周期性的插入煤样中之前，还包括启动第一热电偶41，当第一热电偶41所测得的温度达到预设温度时，启动探针5。

在一些实施例中，在步骤启动探针5并将探针5周期性的插入煤样中之后，还包括启动第二热电偶42，当第二热电偶42所测得的温度达到预设温度时，关闭探针5。

在一些实施例中，在步骤启动探针5并将探针5周期性的插入煤样中，每过N分钟将探针5插入煤样中，通过探针5在煤样中不同位置处的压力，得到煤样中胶质层的位置，随后将探针5从煤样中抽出，N为0-10。

在一些实施例中，煤样结焦速率测量方法还包括启动第二热电偶42并记录第二热电偶42所测得的温度，得到第二热电偶42处的升温速率，煤样的第二热电偶处的升温速率与标准样的第二热电偶处的升温速率之间的差值小于等于M，M为5℃/min。

根据本发明实施例的煤样结焦速率测量装置100的一具体实施例如下：

在煤杯1内装入煤样，将加热器2、煤杯盖3、压力组件7、第一热电偶41、第二热电偶42、第三热电偶43、第一传动器35、探针5、压力传感器51、探针控制器52、位移传感器53、第二传动器54和数据处理器101布置好。

启动加热器2，并将加热器2设定到750℃-1100℃，优选地，将加热器2设定到900℃，并保温60min。

通过第一传动器35将煤杯1移动到第二腔61内，开始启动第一热电偶41、第二热电偶42、压力传感器51、位移传感器53和压力杆71，并记录第一热电偶41、第二热电偶42、压力传感器51、位移传感器53和压力杆71所测得的数据。

当第一热电偶41处温度达到400℃时，开始控制探针5插入煤样中，通过压力传感器51和位移传感器53可得出煤样中胶质层的位置，进而得到胶质层的中心位置，随后控制探针5退出煤样。

每隔10分钟启动一次探针5，直到第二热电偶42处温度达到800℃时，关闭探针5。当直到第二热电偶42处温度不发生变化，关闭加热器2。

操作人员通过数据处理器101可得到胶质层的中心位置随时间的变化曲线，进而可得到该曲线的变化速率。

可以理解的是，操作人员通过数据处理器101还可以得到第二热电偶42处温度随时间的变化曲线，进而可得到该曲线的升温速率。

当煤样的该升温速率与标准煤的升温速率差别不大时，此时，记录胶质层的中心位置随时间的变化曲线，变化曲线的位移速率与标准煤的位移速率之比即为煤样的结焦速率与标准煤的结焦速率之比，具体结果见表1。

表1

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种煤样结焦速率测量装置，其特征在于，包括：

煤杯，所述煤杯包括进料口、第一腔和围成所述第一腔的周壁；

加热器，所述加热器邻近所述周壁布置，且所述加热器和所述煤杯的底部之间能够相对移动；

煤杯盖，所述煤杯盖和所述煤杯相连以密封所述进料口，所述煤杯盖上设有第一孔、第二孔和第三孔；

第一热电偶，所述第一热电偶穿设在所述第一孔内，且所述第一热电偶的测头端邻近所述煤杯的底端；

第二热电偶，所述第二热电偶穿设在所述第二孔内，且所述第二热电偶的测头端邻近所述进料口；

探针，所述探针穿设在所述第三孔内，且所述探针沿所述第一腔的轴向能够在所述第一腔内自由移动。

2.根据权利要求1所述的煤样结焦速率测量装置，其特征在于，还包括耐火层，所述耐火层具有第二腔，所述加热器设在所述第二腔内，所述煤杯能够沿所述第二腔的轴向在所述第二腔内自由移动。

3.根据权利要求1所述的煤样结焦速率测量装置，其特征在于，还包括第三热电偶，所述第三热电偶和所述加热器相连。

4.根据权利要求1所述的煤样结焦速率测量装置，其特征在于，还包括压力组件，所述压力组件包括压力杆、垫片和压力器，所述煤杯盖上还设有第四孔，所述压力杆可移动的穿设在所述第四孔内，所述压力杆的一端和所述压力器相连，所述压力杆的另一端和所述垫片相连，所述垫片位于所述第一腔内且邻近所述进料口。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的煤样结焦速率测量装置，其特征在于，还包括数据处理器，所述数据处理器分别与所述加热器、所述第一热电偶、第二热电偶和所述探针相连。

6.一种煤样结焦速率测量方法，其特征在于，包括：

将煤样加入到煤杯内，并在所述煤杯内对所述煤样施加预设压力；

启动加热器，并将所述加热器加热到预设温度后，将所述煤杯移动到所述加热器处，且所述煤杯的底端接近所述加热器；

启动探针并将所述探针周期性的插入所述煤样中，记录所述探针在所述煤样中不同位置处的压力，得到所述煤样中胶质层的位置，通过所述煤样中胶质层的位置得到所述胶质层的中心位置；

记录所述胶质层的中心位置随时间的变化曲线，所述变化曲线的位移速率与标准煤的位移速率之比即为所述煤样的结焦速率与所述标准煤的结焦速率之比。

7.根据权利要求6所述的煤样结焦速率测量方法，其特征在于，在步骤启动探针并将所述探针周期性的插入所述煤样中之前，还包括启动第一热电偶，当所述第一热电偶所测得的温度达到预设温度时，启动所述探针。

8.根据权利要求6所述的煤样结焦速率测量方法，其特征在于，在步骤启动探针并将所述探针周期性的插入所述煤样中之后，还包括启动第二热电偶，当所述第二热电偶所测得的温度达到预设温度时，关闭所述探针。

9.根据权利要求6所述的煤样结焦速率测量方法，其特征在于，在步骤启动探针并将所述探针周期性的插入所述煤样中，每过N分钟将所述探针插入所述煤样中，通过所述探针在所述煤样中不同位置处的压力，得到所述煤样中胶质层的位置，随后将所述探针从所述煤样中抽出，N为0-10之间。

10.根据权利要求8所述的煤样结焦速率测量方法，其特征在于，还包括启动所述第二热电偶并记录所述第二热电偶所测得的温度，得到所述第二热电偶处的升温速率，所述煤样的所述第二热电偶处的升温速率与所述标准样的所述第二热电偶处的升温速率之间的差值小于等于M，M为5℃/min。

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